20.07.2018

Korrektur für atmosphärische Turbulenzen

Neue adaptive Optik des Very Large Telescope liefert extrem scharfe Bilder.

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus adaptiver Optik erreicht, die als Laser­tomografie bezeichnet wird und hat in diesem Rahmen bemerkens­wert scharfe Test­bilder vom Planeten Neptun, von Stern­haufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahn­brechende Muse-Instrument kann ab sofort im Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optik­modul Galacsi diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erd­atmosphäre zu korrigieren. Damit ist es möglich, Bilder vom Erd­boden im sicht­baren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des Hubble-Weltraum­teleskops.

Abb.: Neptun aufgenommen mit dem VLT mit Muse/Galacsi im Narrow-Field-Modus der adaptiven Optik (Bild: ESO / P. Weilbacher, AIP)

Das Muse-Instrument (Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optik­einheit namens Galacsi. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz 4LGSF, ein Sub­system der Adaptive Optics Facility (AOF), zum Einsatz. Die AOF bietet eine adaptive Optik für Instrumente am Haupt­teleskop 4 (Unit Telescope 4, kurz UT4) des VLT. Muse war das erste Instrument, das von dieser neuen Anlage profitiert hat, und verfügt nun über zwei Modi adaptiver Optik – den Wide-Field-Modus und den Narrow-Field-Modus.

Der Wide-Field-Modus von Muse gekoppelt mit Galacsi im Ground-Layer-Modus korrigiert die Auswirkungen atmosphärischer Turbulenzen bis zu einem Kilometer über dem Teleskop über ein vergleichs­weise großes Gesichts­feld. Der neue Narrow-Field-Modus mit Laser­tomografie hingegen korrigiert fast alle atmosphärischen Turbulenzen über dem Teleskop, um noch viel schärfere Bilder zu erzeugen, wenn auch über einen kleineren Bereich des Himmels.

Mit dieser neuen Fähigkeit erreicht das Acht-Meter-Teleskop UT4 die theoretisch machbare Grenze seiner Bild­schärfe und wird nicht mehr durch atmosphärisches Verschmieren begrenzt. Dies ist im Sichtbaren extrem schwierig zu erreichen und liefert Bilder, die mit denen des Hubble-Weltraumteleskops vergleichbar sind. So wird es Astronomen möglich, faszinierende Objekte wie super­massereiche schwarze Löcher in den Zentren entfernter Galaxien, Jets von jungen Sternen, Kugel­sternhaufen, Super­novae, Planeten und deren Monde im Sonnensystem und vieles mehr in bisher unerreichter Detail­treue zu untersuchen.

Adaptive Optik ist eine Technik zur Kompensation der Unschärfe, die durch die Erd­atmosphäre verursacht wird und ein großes Problem aller boden­gebundenen Teleskope darstellt. Dies wird auch als Seeing bezeichnet: Turbulenzen in der Atmosphäre lassen die Sterne schon mit bloßem Auge funkeln. Bei großen Teleskopen führt dies zu unscharfen Himmels­aufnahmen. Das Licht von Sternen und Galaxien wird verzerrt, wenn es die Schutz­schicht unseres Heimat­planeten durchdringt, und Astronomen müssen intelligente Technologien einsetzen, um die Bild­qualität künstlich zu verbessern.

Um dies zu erreichen, sind vier starke Laser an UT4 befestigt, die Strahlen aus intensivem orange­farbenem Licht mit einem Durch­messer von dreißig Zentimetern an den Himmel projizieren, die Natrium­atome hoch in der Atmosphäre stimulieren und künstliche Laser­leitsterne erzeugen. Systeme adaptiver Optik nutzen das Licht dieser „Sterne“, um die Turbulenzen in der Atmosphäre zu ermitteln und tausend Mal pro Sekunde entsprechende Korrekturen zu berechnen, wobei der dünne, verformbare Sekundär­spiegel von UT4 seine Form ständig verändert und so das verzerrte Licht korrigiert.

Muse ist nicht das einzige Instrument, das von der Adaptive Optics Facility profitiert. Mit Graal ist ein weiteres System adaptiver Optik mit der Infrarot­kamera Hawk-I im Einsatz. In einigen Jahren wird das leistungs­starke neue Instrument Eris folgen. Diese wichtigen Entwicklungen in der adaptiven Optik erweitern die bereits starke Flotte der ESO-Teleskope und rücken das Universum noch besser in den Fokus.

Dieser neue Modus stellt auch einen großen Fortschritt für das Extremely Large Telescope der ESO dar, das die Laser­tomografie benötigen wird, um seine wissenschaftlichen Ziele zu erreichen. Die Ergebnisse an UT4 mit der AOF werden den Ingenieuren und Wissenschaftlern des ELT helfen, eine ähnliche Technologie an dem 39-Meter-Riesen zu implementieren.

MPIA / DE

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